章整合微生物菌組劑的提出、研發與應用  001
節連作障礙與根際微生物組  002
一、連作障礙引起作物產量下降  002
二、作物根際微生物組變化  003
三、作物根際微生物組的重建  004
四、整合微生物組菌劑概念的提出  004
五、整合微生物組菌劑的研究  005
第二節整合微生物組菌劑的研究方法  008
一、整合微生物組菌劑的生產過程  008
二、整合微生物組菌劑營養成分分析  008
三、整合微生物組菌劑芽胞杆菌活菌總含量的測定  009
四、基於宏基因組的整合菌劑產品細菌微生物組的測定  009
五、整合微生物組菌劑對種子發芽影響的測定  009
六、整合微生物組菌劑對番茄穴盤育苗壯苗作用的研究方法  010
七、整合微生物組菌劑對番茄穴盤育苗青枯病防控的研究方法  010
第三節整合微生物組菌劑產品特性  010
一、整合微生物組菌劑生產工藝簡述  010
二、整合微生物組菌劑營養成分分析  012
三、整合微生物組菌劑芽胞杆菌總活菌數測定  013
四、基於宏基因組整合菌劑產品細菌微生物組測定  016
五、整合微生物組菌劑對種子發芽的影響  020
六、整合微生物組菌劑的壯苗作用  021
七、整合微生物組菌劑對病害防控的作用  022
第四節整合微生物組菌劑特點及生產質量標準化討論  023
一、整合微生物組菌劑提出、研發與應用  023
二、整合微生物組菌劑特點  024
三、整合微生物組菌劑生產出大量的芽胞杆菌  025
四、整合微生物組菌劑中豬病原菌的含量  025
五、 整合微生物組菌劑對種子發芽、種苗生長和病害防控的影響  026
六、整合微生物組菌劑生產工藝和質量標準初步確定  027

第二章菌劑發酵床特征微生物空間分布  028
節菌劑發酵床芽胞杆菌生態位  029
一、概述  029
二、研究方法  030
三、菌劑發酵床空間生態位墊料營養特性分析  032
四、菌劑發酵床空間生態位細菌宏基因組測序  033
五、菌劑發酵床空間生態位芽胞杆菌活菌計數  034
六、基於宏基因組測序菌劑發酵床空間生態位芽胞杆菌數量（read）分布  035
七、菌劑發酵床空間生態位芽胞杆菌亞群落分化  039
八、菌劑發酵床空間生態位芽胞杆菌種群空間分布型  041
九、菌劑發酵床空間生態位芽胞杆菌數量（read）與墊料營養特性的相關性  042
十、菌劑發酵床芽胞杆菌空間生態位寬度  044
十一、菌劑發酵床芽胞杆菌空間生態位重疊  046
十二、討論與總結  048
第二節菌劑發酵床芽胞杆菌數量與空間分布研究  051
一、概述  051
二、研究方法  052
三、菌劑發酵床芽胞杆菌種類和數量分布  055
四、菌劑發酵床芽胞杆菌空間分布  056
五、菌劑發酵床芽胞杆菌空間分布型  066
六、菌劑發酵床芽胞杆菌多樣性指數  068
七、討論與總結  071
第三節菌劑發酵床真菌空間分布  075
一、概述  075
二、研究方法  076
三、菌劑發酵床真菌的分離鋻定  079
四、菌劑發酵床真菌種群空間分布格局  080
五、菌劑發酵床真菌種群空間分布頻次  082
六、菌劑發酵床真菌種群空間分布型  082
七、菌劑發酵床真菌種群多樣性指數  083
八、菌劑發酵床真菌種群生態位特性  084
九、討論與總結  086

第三章整合微生物組菌劑微生物組多樣性  088
節整合微生物組菌劑微生物含量估計  089
一、概述  089
二、整合微生物組菌劑樣本芽胞杆菌屬活菌計數  089
三、整合微生物組菌劑細菌含量的估算  094
四、討論與總結  097
第二節菌劑發酵床與堆肥工藝產品微生物組差異  097
一、不同工藝細菌屬種類差異  097
二、不同工藝前5個優勢細菌屬結構差異  110
三、不同工藝千級含量（read）細菌屬組成差異  111
四、不同工藝芽胞杆菌屬種類差異  112
五、菌劑發酵床與堆肥工藝產品細菌活菌數的估計  113
六、討論與總結  114
第三節整合微生物組菌劑細菌物種多樣性  114
一、整合微生物組菌劑細菌物種分析  114
二、整合微生物組菌劑物種組成  158
三、整合微生物組菌劑細菌樣本特性  247
四、整合微生物組菌劑細菌物種差異分析  313
五、整合微生物組菌劑多級物種差異分析（LEfSe）  338
六、整合微生物組菌劑細菌物種繫統進化分析  342
七、討論與總結  345

第四章整合微生物組菌劑的作用機理  347
節概述  348
一、土壤微生物組  348
二、作物連作障礙及其防治  349
三、微生物組的生產技術  351
四、微生物組菌劑功能研究  352
第二節添加菌劑對肉湯實驗可培養細菌群落影響  353
一、概述  353
二、研究方法  353
三、可培養細菌分離  355
四、可培養細菌鋻定  360
五、不同菌劑對可培養細菌群落數量變化的影響  369
六、整合菌劑對可培養細菌群落生態學特性的影響  373
七、討論與總結  395
第三節添加菌劑對肉湯實驗微生物組的影響  396
一、概述  396
二、肉湯實驗體繫微生物組總量的恆定特性  396
三、添加菌劑對肉湯實驗微生物組結構變化的影響  399
四、添加菌劑對肉湯實驗細菌群落分布的影響  406
五、討論與總結  415
第四節添加菌劑對發酵階段微生物組的影響  415
一、肉湯實驗發酵階段的劃分  415
二、發酵階段細菌群落組成的變化  416
三、發酵階段芽胞杆菌種群組成的變化  449
四、討論與總結  457
第五節添加菌劑對肉湯實驗脂肪酸組的影響  460
一、概述  460
二、研究方法  460
三、不同處理組肉湯實驗過程脂肪酸組分析  463
四、不同處理組肉湯實驗過程特征脂肪酸變化  499
五、不同處理組肉湯實驗脂肪酸培養組變化  520
六、討論與總結  550
第六節添加菌劑對肉湯實驗物質組的影響  551
一、概述  551
二、研究方法  552
三、肉湯實驗物質組發酵過程物質組變化  552
四、添加芽胞菌劑發酵過程物質組特性分析  561
五、添加鏈霉菌劑發酵過程物質組特性分析  635
六、添加整合菌劑發酵過程物質組特性分析  693
七、空白對照發酵過程物質組特性分析  748

第五章整合微生物組菌劑功能群與同工菌  805
節概述  806
一、物種功能群  806
二、微生物群落  808
三、微生物功能群和同工菌  811
第二節研究方法  814
一、肉湯實驗  814
二、微生物組和酶活性分析  814
第三節肉湯實驗微生物組功能群的分析  816
一、引言  816
二、芽胞菌劑組功能群分析  817
三、鏈霉菌劑組功能群分析  820
四、整合菌劑組功能群分析  824
五、空白對照組功能群分析  827
六、討論  831
第四節肉湯實驗芽胞杆菌同工菌的分析  831
一、引言  831
二、芽胞菌劑組芽胞杆菌同工菌分析  833
三、鏈霉菌劑組芽胞杆菌同工菌分析  838
四、整合菌劑組芽胞杆菌同工菌分析  842
五、空白對照組芽胞杆菌同工菌分析  846
六、討論  850

第六章整合微生物組菌劑的應用  851
節整合微生物組菌劑用於生防菌肥二次發酵  852
一、用於細菌生防菌肥二次發酵  852
二、用於真菌生防菌肥二次發酵  858
第二節整合微生物組菌劑用於植物疫苗二次發酵  893
一、用於細菌植物疫苗二次發酵  893
二、用於真菌植物疫苗二次發酵  901
第三節整合微生物組菌劑用於配制育苗基質  908
一、概述  908
二、研究方法  908
三、不同配方的基質理化性質分析  910
四、 不同墊料浸提液對種子發芽的影響及不同基質對蔬菜生長的影響  911
五、基於墊料的基質配方蔬菜育苗生長特性的相關性分析  917
六、討論  919
第四節整合微生物組菌劑用於防治番茄青枯病  920
一、概述  920
二、研究方法  920
三、不同處理番茄根繫的土壤養分含量分析  922
四、青枯病植物疫苗對番茄育苗健康的作用  923
五、青枯病植物疫苗及其應用方式對番茄田間生長特性的影響  923
六、青枯病植物疫苗及其應用方式對番茄青枯病田間防效的影響  924
七、討論  925
第五節整合微生物組菌劑用於修復番茄連作障礙  926
一、概述  926
二、研究方法  926
三、不同處理對土壤養分含量的影響  928
四、不同處理對土壤酶活性的影響  928
五、不同處理對番茄田間植株生長特性的影響  929
六、不同處理對番茄青枯病害防效的影響  929
七、討論  930

參考文獻  932

畜禽糞污是畜禽養殖過程中產生的主要污染物。原農業部印發了《畜禽糞污資源化利用行動方案（2017—2020年）》，提供了資源化利用的7種典型技術模式，包括糞污全量收集還田利用模式、糞污專業化能源利用模式、固體糞便堆肥利用模式、異位發酵床模式、糞便墊料回用模式、污水肥料化利用模式和污水達標排放模式。其中，異位發酵床模式、糞便墊料回用模式等均為農村糞污資源化關鍵技術。微生物發酵床是利用微生物建立起的一套生態養殖繫統，具有綠色低碳、清潔環保、就近收集、實時處理、原位發酵、高質化利用等特點，可為建設美麗鄉村提供技術保障。
在科技部973前期項目、863項目、國際合作項目，國家自然科學基金、原農業部行業專項等的支持下，經過20多年的研究，作者所在團隊結合污染治理、健康養殖、資源化利用的機理，圍繞微生物發酵床組織編寫了“畜禽糞污微生物治理及其資源化利用叢書”，包括了《畜禽養殖微生物發酵床理論與實踐》《畜禽糞污治理微生物菌種研究與應用》《畜禽養殖廢棄物資源化利用技術與裝備》《畜禽養殖發酵床微生物組多樣性》《發酵墊料整合微生物組菌劑研發與應用》5個分冊，繫統介紹微生物發酵床理論和應用技術。本叢書主要從微生物發酵床畜禽糞污治理與健康養殖出發，研究畜禽糞污治理微生物菌種，設計畜禽養殖廢棄物資源化利用技術與裝備，分析畜禽養殖發酵床微生物組多樣性，提出了畜禽糞污高質化利用的新方案，為解決我國畜禽養殖污染及畜禽糞污資源化利用、推動微生物農業特征模式之一的微生物發酵床的發展提供了切實可行的理論依據、技術參考和案例借鋻，有助於達到“零排放”養殖、無臭養殖、無抗養殖、有機質還田、智能輕簡低成本運行，實現種養結合生態循環農業、資源高效利用，助力農業“雙減（減肥減藥）”綠色發展。
本叢書反映了作者及其團隊在畜禽養殖微生物發酵床綜合技術研發和產業應用實踐方面所取得的原創性重大科研成果和創新技術。
（1）提出了原位發酵床和異位發酵床養殖污染微生物治理的新思路，研發了微生物發酵床養殖污染治理技術與裝備體繫，為我國養殖業污染治理提供技術支撐。
（2）創建了畜禽養殖污染治理微生物資源庫，成功地篩選出一批糞污降解菌、飼用益生菌，揭示其作用機理，顯著提升了微生物發酵床在畜禽養殖業中的應用和效果。
（3）探索了微生物發酵床的功能，研發了環境監控專家繫統，闡明了發酵床調溫機制，研究了微生物群落動態，揭示了豬病生防機理，建立了發酵床豬群健康指數，制定了微生物發酵床技術規範和地方標準，提升了發酵床養殖的現代化管理水平。
（4）創新了發酵床墊料資源化利用技術與裝備，提出整合微生物組菌劑的研發思路，成功研制出機器人堆垛自發熱隧道式固體發酵功能性生物基質（菌肥）自動化生產線，創制出一批整合微生物組菌劑和功能性生物基質新產品，實現了畜禽養殖糞污的資源化利用。
本叢書介紹的內容中，畜禽糞污微生物治理及其資源化利用的關鍵技術——原位發酵床在福建、山東、江蘇、湖北、四川、安徽等18個省份的豬、羊、牛、兔、雞、鴨等污染治理上得到大面積推廣應用。據不完全統計結果顯示，近年來家畜出欄累計達1323萬頭，禽類出欄累計達5.6億羽，產生經濟效益達142，並實現了畜禽健康無臭養殖、糞污“零排放”。異位發酵床被農業農村部選為“2018年十項重大引領性農業技術”，在全國推廣超過5000套，成為養殖糞污資源化利用的重要技術。而且，使用後的發酵墊料等副產物被開發為功能性生物基質、整合微生物組菌劑、生物有機肥等資源化品超過100萬噸，取得了良好的社會效益、經濟效益和生態效益。發酵床利用微生物技術，轉化畜禽糞污，發酵為益生菌，促進動物健康養殖，也能提高發酵產物菌肥的微生物組數量並保存豐富的營養物質，不僅實現污染治理，還提高資源化利用整合微生物組菌劑的肥效；成為生態循環農業的重要技術支撐，推進農業的綠色發展。
本書為“畜禽糞污微生物治理及其資源化利用叢書”的一個分冊，以整合微生物菌組劑的研發與應用為主線，共分六章：章整合微生物菌組劑的提出、研發與應用，主要介紹了連作障礙與根際微生物組變化的關繫，整合微生物組菌劑的生產過程和產品特性；第二章菌劑發酵床特征微生物空間分布，主要介紹了菌劑發酵床芽胞杆菌空間生態位、芽胞杆菌空間分布型、真菌空間分布特性；第三章整合微生物組菌劑微生物組多樣性，主要介紹了整合微生物組菌劑微生物含量的估計，菌劑發酵床與堆肥工藝產品微生物組差異，整合微生物組菌劑細菌物種多樣性；第四章整合微生物組菌劑的作用機理，主要介紹了整合微生物組菌劑肉湯培養物質組特性、可培養細菌群落變化、宏基因組變化、酶學特性、微生物脂肪酸組；第五章整合微生物組菌劑功能群與同工菌，主要分析了肉湯實驗微生物組功能群和芽胞杆菌同工菌；第六章整合微生物組菌劑的應用，主要介紹了整合微生物組菌劑用於生防菌肥二次發酵、植物疫苗二次發酵以及配制育苗基質等。本書理論與實踐有效結合，具有較強的技術應用性、可操作性和針對性，可供從事畜禽糞污處理處置及資源綜合利用的工程技術人員、科研人員和管理人員參考，也供高等學校環境科學與工程、生物工程、農業工程及相關專業師生參閱。
本書主要由劉波、王階平、鄭雪芳、肖榮鳳等編著，邵國青、張海峰、朱育菁、藍江林、車建美、陳崢、阮傳清、陳德局、劉國紅、陳梅春、潘志針、陳倩倩、林營志、葛慈斌、黃素芳、史懷、蘇明星、劉芸、曹宜、陳燕萍、鄭梅霞、劉丹瑩、夏江平、戴文霄、劉欣等參與了部分內容的編著，在此表示感謝。本書內容涉及成果在研究過程中得到了農業種質資源圃（庫）（XTCXGC2021019）、發酵床除臭復合菌種（2020R1034009、2018J01036）、飼料微生物發酵床（202110035）、整合微生物組菌劑（2020R1034007、2019R1034-2）、微生物研究與應用科技創新團隊（CXTD0099）、農業農村部東南區域農業微生物資源利用科學觀測實驗站（農科教發〔2011〕8號）、科技部海西農業微生物菌劑國際科技合作基地（國科外函〔2015〕275號)、發改委微生物菌劑開發與應用國家地方聯合工程研究中心(發改高技〔2016〕2203號）等項目的支持；在圖書編著和出版過程中得到了陳劍平院士、李玉院士、瀋其榮院士、李玉院士、謝華安院士、趙春江院士、喻子牛教授、李季教授、姜瑞波研究員、張和平教授、李文均教授、朱昌雄研究員、王琦教授等精心指導，在此一並表示衷心的感謝。
限於編著者水平及編著時間，書中不足和疏漏之處在所難免，敬請讀者斧正，共勉於發展微生物農業的征程中。

編著者
2021年2月於福州